KR20090020481A - 줌렌즈 및 촬상장치 - Google Patents

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KR20090020481A
KR20090020481A KR1020080076852A KR20080076852A KR20090020481A KR 20090020481 A KR20090020481 A KR 20090020481A KR 1020080076852 A KR1020080076852 A KR 1020080076852A KR 20080076852 A KR20080076852 A KR 20080076852A KR 20090020481 A KR20090020481 A KR 20090020481A
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히로키 야마노
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

광각단에서의 촬영 화각이 충분한 광화각이고, 고배율이면서, 초박형이고 또한 모든 줌 범위에 걸쳐 높은 광학 성능을 가지고, 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라 등의 고체촬상소자를 사용한 촬상장치에 적합한 줌렌즈 및 상기 줌렌즈를 사용한 촬상장치를 얻는 것을 과제로 한다. 적어도, 물체측에서부터 순차적으로, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군 ＧＲ1, 광각단에서 망원단으로의 변배시에 상측으로 이동하는 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군 ＧＲ2, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군 ＧＲ3을 포함한 복수의 렌즈군을 구비하고, 상기 제1 렌즈군이, 물체측에서부터 순차적으로, 음의 굴절력을 가지는 단렌즈 G12와, 광로를 90° 구부리는 반사면을 가지는 프리즘 P1과, 적어도 1매 이상의 양의 굴절력을 가지는 단렌즈 G13을 배열함으로써 구성되고, 상기 프리즘이 양의 굴절력을 가지는 것과 함께, 상측의 면이 상측에 볼록면을 향하고 있는 줌렌즈(1).
Figure P1020080076852
렌즈, 광각단, 망원단, 굴절력, 카메라

Description

줌렌즈 및 촬상장치{ZOOM LENS AND IMAGE-CAPTURE DEVICE}
본 발명은 신규의 줌렌즈 및 촬상장치에 관한 것이다. 자세하게는, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등과 같은 고체촬상소자를 사용한 촬상장치에 적합한 것이다.
최근, 디지털 스틸 카메라 등의 고체촬상소자를 사용한 촬상장치가 널리 보급되고 있다. 이러한 개체촬상소자를 사용한 촬상장치의 보급에 따라 한 층 더 고화질화가 요구되고 있고, 특히, 화소수가 많은 촬상소자를 사용한 디지털 스틸 카메라 등에 있어서는, 화소수가 많은 개체촬상소자에 대응한 결상 성능이 뛰어난 촬상용 렌즈, 특히, 줌렌즈가 요구되고 있다. 또한 게다가, 소형화·초박형화에의 요구도 강하기 때문에, 소형 또한 초박형이고 고성능의 줌렌즈가 요구되고 있다. 또한 최근에는 촬상 렌즈의 고배율화가 요구되는 한편, 촬상 렌즈의 광화각화에의 요망도 상당히 크다.
이상과 같은 요구에 대응하여, 특허문헌 1 및 2에 기재된 줌렌즈에 있어서는, 광학계 내에 광로를 구부리는 프리즘을 삽입함으로써 광축 방향의 대폭적인 초 박형화를 꾀하고 있다.
그러나 특허문헌 1 및 2에 기재된 기술의 경우, 더욱 광학계의 소형화 및 고배율화를 위해서는 반사 프리즘의 굴절률을 높게 할 필요가 있고, 굴절률의 상한이 기술의 한계가 되기 때문에, 특히, 촬영 화각을 광각화할 때에 있어서, 광학계를 그 이상 소형화하는 것이 극히 곤란하다. 또한, 프리즘에 사용하는 고굴절 유리는 고가이기 때문에, 제조시의 비용이 쉽게 높아지는 문제도 있었다.
이상으로부터, 특허문헌 1 및 2에 기재된 기술에서는, 촬영 화각의 충분한 광각화는 실현되지 않고, 줌렌즈에 있어서의 충분한 초박형화와 광각화의 양립은 달성되지 않고 있다.
[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개 2005-181635호
[특허문헌 2] 일본국 공개특허공보 특개 2005-215165호
상기한 바와 같이, 종래의 줌렌즈로서는 여러 가지 기술이 있지만, 광화각과 고배율의 쌍방을 충족시키고, 모든 줌 범위에서 광학 성능이 높고, 소형화·초박형화를 실현한 줌렌즈를 얻는 데에는 이르지 않고 있다.
일반적으로, 광학계의 촬영 화각을 광각화시키면 프런트 렌즈 지름이 대형화하는 경향이 있다. 특히, 반사 프리즘을 사용한 절곡 광학계의 경우, 촬영 화각의 광각화에 따르는 프런트 렌즈 및 프리즘의 대형화가 경통의 두께 방향(입사광축의 방향)에서의 대형화로 직결되어, 광각화와 초박형화의 양립이 곤란한 것이 현상이다.
본 발명은 광각단에서의 촬영 화각이 충분한 광화각이고, 고배율이면서, 초박형이며, 더욱이, 모든 줌 범위에 걸쳐 높은 광학 성능을 가지고, 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라 등의 고체촬상소자를 사용한 촬상장치에 적합한 줌렌즈 및 상기 줌렌즈를 사용한 촬상장치를 얻는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 줌렌즈는, 적어도, 물체측에서부터 순차적으로, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 광각단에서 망원단으로의 변배시에 상측(像側)으로 이동하는 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군을 포함한 복수의 렌즈군을 구비하고, 상기 제1 렌즈군이, 물체측에서부터 순차적으로, 음의 굴절력을 가지는 단렌즈와, 광로를 90 ° 구부리는 반사면을 가지는 프리즘과, 적어도 1매 이상의 양의 굴절력을 가지는 단렌즈를 배열함으로써 구성되고, 상기 프리즘이 양의 굴절력을 가지는 것과 함께, 상측의 면이 상측에 볼록면을 향하고 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의한 촬상장치는, 상기 본 발명의 일 실시예에 의한 줌렌즈와, 상기 줌렌즈에 의해 형성된 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 고체촬상소자를 구비한다.
본 발명에 의하면, 광각단에서의 촬영 화각이 충분한 광화각이고, 고배율 이면서, 초박형이고, 더욱이, 모든 줌 범위에 걸쳐 높은 광학 성능을 가진다.
이하에, 본 발명의 줌렌즈 및 촬상장치를 실시하기 위한 최선의 형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다.
우선, 본 발명의 줌렌즈에 관하여 설명한다.
본 발명의 줌렌즈는, 적어도, 물체측에서부터 순차적으로, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 광각단에서 망원단으로의 변배시에 상측으로 이동하는 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군을 포함한 복수의 렌즈군을 구비하고, 상기 제1 렌즈군이, 물체측에서부터 순차적으로, 음의 굴절력을 가지는 단렌즈와, 광로를 90° 구부리는 반사면을 가지는 프리즘과, 적어도 1매 이상의 양의 굴절력을 가지는 단렌즈를 배열함으로써 구성되고, 상기 프리즘이 양의 굴절력을 가지는 것과 함께, 상측의 면이 상측에 볼 록면을 향하고 있다.
따라서, 본 발명의 줌렌즈에 있어서는, 광각단에서의 촬영 화각이 충분한 광화각이고, 고배율이면서, 초박형이고, 더욱이, 모든 줌 범위에 걸쳐 높은 광학 성능을 가진다.
우선, 사이즈와 중량이 다른 렌즈군보다도 큰 제1 렌즈군을, 변배시에 고정으로 하고 있다. 이에 따라 경통의 소형화와 구동기구의 부하의 경감을 꾀하고 있다. 또한 제1 렌즈군에 음의 굴절력을 가지는 단렌즈, 광로를 90° 구부리는 반사면을 가지는 프리즘을 배치함으로써 입사광축 방향에서의 렌즈 두께를 한없이 얇게 하고, 또한, 제2 렌즈군에 음의 굴절력을 가지게 하고, 렌즈계 전체의 입사동 위치를 물체측에 가깝게 함으로써, 제1 렌즈군이 가지는 프리즘의 크기를 가능한 한 소형화하고, 입사광축 방향에서의 초박형화를 꾀하고 있다.
그리고 제1 렌즈군 중의 프리즘이 상측에 볼록면을 향한 형상을 취함으로써 프리즘 내의 광학계를 어포컬계에 가까운 구성으로 하고, 주광선의 기울기를 작게 해서 프런트 렌즈 지름 및 프리즘 지름의 소형화를 가능하게 하고 있다. 또한 프리즘이 상측에 볼록면을 향한 상기의 형상은, 넓은 화각의 주광선의 기울기를 완만하게 해서, 그 이후의 렌즈계에 있어서의 수차 보정을 용이하게 하는 것에도 기여하고 있다.
즉, 종래의 광로 절곡용 반사 프리즘을 가지는 줌렌즈에 있어서와 같이, 반사 프리즘의 사출면이 상측에 볼록 형상을 취하지 않으면, 광학계의 소형화를 위해 반사 프리즘의 굴절률을 높게 할 필요가 있고, 굴절률의 상한이 기술의 한계가 된 다. 그 때문에 특히 촬영 화각을 광각화할 때에 있어서 광학계를 소형화하는 것이 극히 곤란하다. 본 발명의 줌렌즈에서는, 반사 프리즘을 상기한 형상으로 함으로써, 프리즘의 굴절률을 높게 하지 않아도 광학계를 소형화하는 것이 가능해 진다.
또한 상기한 이유로, 조성상의 이유로 굴절률을 높게 하는 것이 어려운 플라스틱 소재를, 프리즘의 재료로 사용하는 것도 가능해 진다. 따라서, 본 발명의 줌렌즈에 있어서의 제1 렌즈군 중의 프리즘은, 유리 몰드에 의해 형성하는 것도 좋지만, 재료비가 싸고 양산성이 우수한 플라스틱을 사용함으로써 용이하게, 게다가 저렴하게 비구면을 가지는 반사 프리즘을 사용할 수 있다. 또한 플라스틱재는 유리와 비교해서 경량이기 때문에, 본 발명의 줌렌즈를, 소형화, 광각화, 고배율화와 함께 경량화하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 줌렌즈에 있어서는, 상기 제1 렌즈군을 구성하는 렌즈 및 프리즘이, 하기의 조건식 (1)을 만족하는 것이 바람직하다.
(1) ν1p-ν1n > 15
단, ν1p : 제1 렌즈군 중의 프리즘과 프리즘의 상측에 배치된 양의 렌즈의 d선(파장=587.6ｎｍ(나노미터))에서의 아베수의 평균값
ν1n : 제1 렌즈군의 가장 물체측에 배치된 음의 렌즈의 ｄ선에서의 아베수로 한다.
상기 조건식 (1)은, 제1 렌즈군을 구성하는 음의 렌즈의 아베수와, 프리즘 및 그 이후에 배치되는 양의 렌즈의 아베수의 평균값과의 차를 규정하는 식이다. 이 하한값을 넘어서 아베수의 차가 작아지면, 제1 렌즈군에서 발생하는 배율색수차 를 충분하게 보정할 수 없게 되고, 화질의 열화를 초래한다. 이 때 조건식 (1'）ν1p-ν1n > 30을 만족하는 것이 가장 바람직하고, 이것에 의해, 보정의 효과를 한층 더 향상시킬 수 있다. 이 때 전술한 배율색수차의 보정을, 촬상 후에 전기적인 신호 처리에 의해 행하는 것도 가능하다.
또한 제1 렌즈군의 가장 바람직한 형태로서는, 제1 렌즈군을 구성하는 가장 물체측에 배치된 음의 렌즈의 물체측의 면이 물체측을 향해서 볼록으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 촬영 화각을 광각화할 때에, 제1 렌즈군의 가장 물체측의 면에서 발생하기 쉬운 통형 왜곡수차를 최대한으로 억제하는 것이 가능해 진다. 본 발명의 일 실시예에 의한 줌렌즈에 있어서는, 상기 제1 렌즈군 중의 프리즘이, 적어도 1개의 면에 비구면을 가지는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 음의 렌즈와 상측에 볼록면을 향한 프리즘에 의해 주광선의 기울기를 작게 하는 렌즈 구성은, 광각화와 프런트 렌즈의 소형화에는 상당히 효과적이지만, 광각단에 있어서의 통형 왜곡수차의 발생이 크고, 그 이후의 렌즈계에서 보정하는 것은, 소형화를 유지한 상태에서는 곤란하다. 따라서, 상기 프리즘의 적어도 1개의 면을 비구면으로 함으로써 광각단에 있어서의 왜곡수차, 또한 망원단에 있어서의 구면수차를 효율적으로 보정할 수 있다. 이 때 가장 바람직한 형태로서는, 프리즘의 물체측과 상측의 양면에 비구면을 가지는 형태로 하면, 수차 보정의 효과가 한층 더 향상된다.
이 때 상기의 왜곡수차의 보정을, 촬상 후에 전기적인 신호 처리에 의해 행하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 줌렌즈에 있어서는, 상기 제3 렌즈군은, 조리개를 구비하는 것과 함께, 변배중 조리개의 위치가 고정되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 경통이 소형화되고 구동기구의 부하가 경감된다.
본 발명 일 실시예에 의한 줌렌즈에 있어서는, 상기 제2 렌즈군이, 물체측에서부터 순차적으로, 음의 굴절력을 가지는 렌즈, 음의 굴절력을 가지는 렌즈, 양의 굴절력을 가지는 렌즈, 음의 굴절력을 가지는 렌즈의 4매로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 줌렌즈에서는, 광각단에서 망원단으로의 변배시에, 제2 렌즈군이 물체측에서 상측으로 이동함으로써 배리에이터의 역할을 한다. 따라서, 고배율화를 위해서는, 제2 렌즈군의 굴절력을 필연적으로 강하게 할 필요가 있기 때문에, 광학계의 소형화와 고배율화를 실현하기 위해서는, 변배시에 제2 렌즈군에서 발생하는 제수차의 발생을 가능한 한 보정할 필요가 있다.
따라서, 제2 렌즈군의 구성을, 상기한 바와 같이 함으로써, 변배시에 있어서의 수차 변동을 억제하여, 소형화와 고배율화를 동시에 달성할 수 있다.
또한 제2 렌즈군의 가장 좋은 형태로서는, 물체측에서 2번째로 배치된 음의 렌즈와 3번째로 배치된 양의 렌즈를 접합함으로써 제2 렌즈군에서 발생하는 색수차를 양호하게 보정하면서, 접합되는 렌즈끼리의 축 어긋남이 방지되고, 또한, 경통에의 조립이 용이해진다.
본 발명의 일 실시예에 의한 줌렌즈에 있어서는, 고체촬상소자 위에 상을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 줌렌즈에 있어서는, 물체측에서부터 순차적으로, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 광각단에서 망원단으로의 변배시에 상측으로 이동하는 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 광각단에서 망원단으로의 변배시에 물체측에 이동하는 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군, 변배시에 고정의 음의 굴절력을 가지는 제5 렌즈군을 구비하고, 상기 제1 렌즈군이, 물체측에서부터 순차적으로, 음의 굴절력을 가지는 단렌즈와, 광로를 90° 구부리기는 반사면을 가지는 프리즘과, 적어도 1매 이상의 양의 굴절력을 가지는 단렌즈를 배열함으로써 구성되고, 상기 프리즘이 양의 굴절력을 가지는 것과 함께, 상측의 면이 상측에 볼록면을 향하고 있는 것이 바람직하다.
이렇게 함으로써 소형이면서 고배율에서의 촬상이 가능한 줌렌즈를 실현할 수 있다. 그리고 이 경우, 제3 렌즈군을 구성하는 렌즈의 각 면 중, 적어도 1개의 면이 비구면으로 구성되어 있는 것, 특히, 제3 렌즈군 중의 가장 물체측에 배치되는 렌즈의 적어도 1개의 면이 비구면으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 광각단에 있어서의 구면수차를 효율적으로 보정하는 것이 가능해 진다.
이하에, 본 발명의 줌렌즈의 구체적인 실시예에 관하여 설명한다.
이 때 각 실시예에는, 렌즈면이 비구면으로 구성되는 것도 포함된다. 그리고 비구면 형상은 이하의 수 1 식으로 정의되는 것으로 한다.
[수 1]
Figure 112008056426016-PAT00001
여기에서, 「x」는 렌즈면 정점으로부터의 광축 방향의 거리, 「y」는 광축과 수직인 방향의 높이, 「c」는 렌즈 정점에서의 근축곡률, 「k」는 코닉 상수, 「A, B, ···」은 비구면계수라고 한다.
도 1은 본 발명의 줌렌즈의 제1 실시예의 렌즈 구성을 도시한 도면이다. 줌렌즈(1)는, 물체측에서부터 순차적으로, 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군 ＧＲ1, 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군 ＧＲ2, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군 ＧＲ3, 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군 ＧＲ4, 음의 굴절력을 가지는 제5 렌즈군 ＧＲ5가 배열되어서 이루어진다. 그리고, 도 1은 광각단 상태에서의 각 광학요소의 위치를 나타내고, 광각단 상태에서 망원단 상태로의 변배시에, 제1 렌즈군 ＧＲ1, 제3 렌즈군 ＧＲ3 및 제5 렌즈군 ＧＲ5는 고정이며, 제2 렌즈군 ＧＲ2는 광축 x(x2)위를 상측을 향해서 이동하고, 제4 렌즈군 ＧＲ4는 광축 x(x2) 위를 물체측을 향해서 이동한다. 이 때 제3 렌즈군 ＧＲ3은 상측에 조리개 ＳＴＯ를 구비하고, 또한 제5 렌즈군 ＧＲ5와 상면 ＩＭＧ의 사이에는 로 패스 필터 등의 필터 ＦＬ이 배치되어 있다.
제1 렌즈군 ＧＲ1은, 물체측에서부터 순차적으로 위치한, 물체측에 볼록면을 향한 음의 메니스커스 렌즈 G11, 양면(입사면 및 사출면)이 볼록면이고 또한 비구면으로 되어 광축을 구부리는(입사광축 x1을 따라 입사한 빛은 반사면에서 거의 90 ° 방향이 바뀌어서 광축 x2를 따라 상면 ＩＭＧ까지 진행한다) 반사 프리즘 P1, 양쪽 볼록 형상이고 양면에 비구면을 가지는 양의 렌즈 G13으로 이루어진다. 제2 렌즈군 ＧＲ2는, 물체측에서부터 순차적으로 위치한 물체측에 볼록면을 향한 음의 메니스커스 렌즈 G21, 양쪽 오목 형상의 음의 렌즈 G22와 물체측에 볼록면을 향한 양의 렌즈 G23과의 접합 음의 렌즈, 물체측에 오목면을 향한 음의 메니스커스 렌즈 G24로 이루어진다. 제3 렌즈군 ＧＲ3은, 물체측에서부터 순차적으로 위치한, 양쪽 볼록 형상이고 양면에 비구면을 가지는 양의 렌즈 G31, 조리개 ＳＴＯ로 이루어진다. 제4 렌즈군 ＧＲ4는, 물체측에서부터 순차적으로 위치한, 양쪽 볼록 형상이고 물체측에 비구면을 가지는 양의 렌즈 G41과 상측에 볼록면을 향한 음의 메니스커스 렌즈 G42와의 접합 양의 렌즈로 이루어진다. 제5 렌즈군 ＧＲ5는, 물체측에서부터 순차적으로 위치한, 물체측에 볼록면을 향한 음의 메니스커스 렌즈 G51, 양쪽 볼록 형상의 양의 렌즈 G52로 이루어진다.
표 1에 상기 제1 실시예에 따른 줌렌즈(1)에 구체적 수치를 적용한 수치실시예 1의 렌즈 데이터를 나타낸다. 이 때 이하의 각 표에 있어서, 「ｓｉ(i=1, 2, 3, ···)」은 물체측에서 i번째의 면을 나타내고, 「ri」는 물체측에서 i번째의 렌즈면의 곡률반경, 「di」는 물체측에서 i번째의 면과 i+1번째의 면의 사이의 광축상의 면 간격, [ni」는 물체측에서 i번째의 면의 ｄ선에 대한 굴절률, 「νi」는 물체측에서 i번째의 면에 있어서의 ｄ선에 대한 아베수, 「f」는 렌즈 전계의 초점거리, 「Ｆｎｏ」는 개방F값, 「ω」은 반화각을 나타내는 것으로 한다. 또한, 「ｓｉ」에 있어서, 「ＡＳＰ」는 해당 면이 비구면인 것을, 「ＲＥＦ」는 해당 면이 반사면인 것을 나타내고, 「ｒｉ」에 있어서, 「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」는 해당 면이 평면인 것을, 「ＳＴＯ」는 조리개인 것을 나타내고, 「ｄｉ」에 있어서, 「(ｄｉ)」는 해당 면 간격이 가변인 것을 나타낸다.
[표 1]
Figure 112008056426016-PAT00002
줌렌즈(1)에 있어서, 광각단 상태에서 망원단 상태로의 변배시에, 제1 렌즈군 ＧＲ1과 제2 렌즈군 ＧＲ2의 사이의 간격 d7, 제2 렌즈군 ＧＲ2와 제3 렌즈군 ＧＲ3의 사이의 간격 d14, 제3 렌즈군 ＧＲ3과 제4 렌즈군 ＧＲ4의 사이의 간격 d17 및 제4 렌즈군 ＧＲ4과 제5 렌즈군 ＧＲ5의 사이의 간격 d20이 변화한다. 따라서, 수치실시예 1에 있어서의 상기 각 간격의 광각단(f=4.79), 중간 초점거리(f=10.87), 망원단(f=22.71)에 있어서의 값을 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure 112008056426016-PAT00003
줌렌즈(1)에 있어서, 반사 프리즘 P1의 양면 s3, s5, 제1 렌즈군 ＧＲ1의 양쪽 볼록 렌즈 G13의 양면 s6, s7, 제3 렌즈군 ＧＲ3의 양쪽 볼록 렌즈 G31의 양면 s15, s16 및 제4 렌즈군 ＧＲ4의 양쪽 볼록 렌즈 G41의 물체측면 s18은 비구면으로 구성되어 있다. 따라서, 수치실시예 1에 있어서의 상기 각 면의 4차, 6차, 8차, 10차의 비구면계수 A, B, C, D를 원추 상수 K와 함께 표 3에 나타낸다. 이 때 표 3 및 이하의 비구면을 나타내는 표에 있어서, 「E-i」는 10을 밑으로 하는 지수표현, 즉, 「10-i」를 나타내고, 예를 들면 「0.12345E-05」은 「0.12345×10-5」을 나타낸다.
[표 3]
Figure 112008056426016-PAT00004
수치실시예 1의 조건식 (1) 대응값을 표 4에 나타낸다.
[표 4]
Figure 112008056426016-PAT00005
도 2 내지 도 7에 수치실시예 1의 각 수차도를 나타낸다. 도 2에 광각단 위치에서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를, 도 3에 광각단 위치에서의 횡수차를 나타낸다. 도 4에 중간초점 위치에서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를, 도 5에 중간초점 위치에서의 횡수차를 나타낸다. 도 6에 망원단 위치에서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를, 도 7에 망원단 위치에서의 횡수차를 나타낸다. 이 때 상기 각 수차도에 있어서, 구면수차, 왜곡수차, 횡수차에 있어서 실선은 d선에서의, 점선은 g선(파장=435.8nm)에서의 값을 나타내고, 또한 비점수차도는 d선에 대한 것이고, 실선은 사지탈 상면, 파선은 메리디오날 상면에 있어서의 값을 나타내는 것이다.
상기 각 수차도에 나타낸 바와 같이, 수치실시예 1은, 광각단 위치, 광각단과 망원단의 사이의 중간초점 위치 및 망원단 위치에 있어서, 각 수차 모두 밸런스 좋게 보정되어 있다는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 줌렌즈의 제2 실시예의 렌즈 구성을 도시한 도면이다. 줌렌즈(2)는, 물체측에서부터 순차적으로, 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군 ＧＲ1, 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군 ＧＲ2, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군 ＧＲ3, 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군 ＧＲ4, 음의 굴절력을 가지는 제5 렌즈군 ＧＲ5가 배열되어서 이루어진다. 그리고, 도 8은 광각단 상태에서의 각 광학요소의 위치를 나타내고, 광각단 상태에서 망원단 상태로의 변배시에, 제1 렌즈군 ＧＲ1, 제3 렌즈군 ＧＲ3 및 제5 렌즈군 ＧＲ5는 고정이며, 제2 렌즈군 ＧＲ2는 광축 x(x2) 위를 상측을 향해서 이동하고, 제4 렌즈군 ＧＲ4는 광축 x(x2) 위를 물체측을 향해서 이동한다. 이 때 제3 렌즈군 ＧＲ3은 상측에 조리개 ＳＴＯ를 구비하고, 또한 제5 렌즈군 ＧＲ5과 상면 ＩＭＧ의 사이에는 로 패스 필터 등의 필터 ＦＬ이 배치되어 있다.
제1 렌즈군 ＧＲ1은, 물체측에서부터 순차적으로 위치한, 물체측에 볼록면을 향한 음의 메니스커스 렌즈 G11, 양면(입사면 및 사출면)이 볼록면이고 또한 비구면으로 되어 광축을 구부리는(입사광축 x1을 따라 입사한 빛은 반사면에서 거의 90° 방향이 바뀌어 광축 x2를 따라 상면 ＩＭＧ까지 진행한다) 반사 프리즘 P1, 양쪽 볼록 형상이고 양면에 비구면을 가지는 양의 렌즈 G13으로 이루어진다. 제2 렌즈군 ＧＲ2는, 물체측에서부터 순차적으로 위치한, 물체측에 볼록면을 향한 음의 메니스커스 렌즈 G21, 양쪽 오목 형상의 음의 렌즈 G22와 물체측에 볼록면을 향한 양의 렌즈 G23의 접합 음의 렌즈, 물체측에 오목면을 향한 음의 메니스커스 렌즈 G24로 이루어진다. 제3 렌즈군 ＧＲ3은, 물체측에서부터 순차적으로 위치한, 양쪽 볼록 형상이고 양면에 비구면을 가지는 양의 렌즈 G31, 조리개 ＳＴＯ로 이루어진다. 제4 렌즈군 ＧＲ4는, 물체측에서부터 순차적으로 위치한, 양쪽 볼록 형상이고 물체측에 비구면을 가지는 양의 렌즈 G41과 상측에 볼록면을 향한 음의 메니스커스 렌즈 G42의 접합 양의 렌즈로 이루어진다. 제5 렌즈군 ＧＲ5는, 물체측에서부터 순차적으로 위치한, 물체측에 볼록면을 향한 음의 메니스커스 렌즈 G51, 양쪽 볼록 형상의 양의 렌즈 G52로 이루어진다.
표 5에 상기 제2 실시예에 따른 줌렌즈(2)에 구체적 수치를 적용한 수치실시예 2의 렌즈 데이터를 나타낸다.
[표 5]
Figure 112008056426016-PAT00006
줌렌즈(2)에 있어서, 광각단 상태에서 망원단 상태로의 변배시에, 제1 렌즈군 ＧＲ1과 제2 렌즈군 ＧＲ2의 사이의 간격 d7, 제2 렌즈군 ＧＲ2와 제3 렌즈군 ＧＲ3의 사이의 간격 d14, 제3 렌즈군 ＧＲ3과 제4 렌즈군 ＧＲ4의 사이의 간격 d17 및 제4 렌즈군 ＧＲ4와 제5 렌즈군 ＧＲ5의 사이의 간격 d20이 변화한다. 따라서, 수치실시예 2에 있어서의 상기 각 간격의 광각단(f=4.841), 중간초점거리(f=10.03), 망원단(f=20.61)에 있어서의 값을 표 6에 나타낸다.
[표 6]
Figure 112008056426016-PAT00007
줌렌즈(2)에 있어서, 반사 프리즘 P1의 양면 s3, s5, 제1 렌즈군 ＧＲ1의 양쪽 볼록 렌즈 G13의 양면 s6, s7, 제3 렌즈군 ＧＲ3의 양쪽 볼록 렌즈 G31의 양면 s15, s16 및 제4 렌즈군 ＧＲ4의 양쪽 볼록 렌즈 G41의 물체측면 s18은 비구면으로 구성되어 있다. 따라서, 수치실시예 2에 있어서의 상기 각 면의 4차, 6차, 8차, 10차의 비구면계수 A, B, C, D를 원추 상수 K와 함께 표 7에 나타낸다.
[표 7]
Figure 112008056426016-PAT00008
수치실시예 2의 조건식 (2) 대응값을 표 8에 나타낸다.
[표 8]
Figure 112008056426016-PAT00009
도 9 내지 도 14에 수치실시예 2의 각 수차도를 나타낸다. 도 9에 광각단 위치에서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를, 도 10에 광각단 위치에서의 횡수차를 나타낸다. 도 11에 중간초점 위치에서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를, 도 12에 중간초점 위치에서의 횡수차를 나타낸다. 도 13에 망원단 위치에서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를, 도 14에 망원단 위치에서의 횡수차를 나타낸다. 이 때 상기 각 수차도에 있어서, 구면수차, 왜곡수차, 횡수차에 관해서 실선은 d선에서의, 점선은 g선에서의 값을 나타내고, 또한 비점수차도는 d선에 대한 것이며, 실선은 사지탈 상면, 파선은 메리디오날 상면에 있어서의 값을 나타내는 것이다.
상기 각 수차 도면에 나타낸 바와 같이, 수치실시예 1은, 광각단 위치, 광각단과 망원단의 사이의 중간초점 위치 및 망원단 위치에 있어서, 각 수차 모두 밸런스 좋게 보정되어 있다는 것을 알 수 있다.
다음에 본 발명 촬상장치에 관하여 설명한다.
본 발명 촬상장치는, 줌렌즈와, 상기 줌렌즈에 의해 형성된 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 고체촬상소자를 구비하고, 상기 줌렌즈는, 적어도, 물체측에서부터 순차적으로, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 광각단에서 망원단으로의 변배시에 상측으로 이동하는 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 변배 시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군을 포함한 복수의 렌즈군을 구비하고, 상기 제1 렌즈군이, 물체측에서부터 순차적으로, 음의 굴절력을 가지는 단렌즈와, 광로를 90° 구부리는 반사면을 가지는 프리즘과, 적어도 1매 이상의 양의 굴절력을 가지는 단렌즈를 배열함으로써 구성되고, 상기 프리즘이 양의 굴절력을 가지는 것과 함께, 상측의 면이 상측에 볼록면을 향하고 있다.
따라서, 본 발명 촬상장치에 있어서는, 광각단에서의 촬영 화각이 충분한 광화각이고, 고배율이면서, 모든 줌 범위에 걸쳐 높은 화질의 화상을 얻을 수 있고, 게다가, 초박형으로 구성할 수 있다.
도 15에 본 발명 촬상장치를 디지털 스틸 카메라에 적용한 구체적 실시예의 블럭도를 나타낸다.
디지털 스틸 카메라(100)는, 촬상 기능을 담당하는 카메라 블록(10)과, 촬상된 화상신호의 아날로그-디지털 변환 등의 신호 처리를 행하는 카메라 신호 처리부(20)와, 화상신호의 기록재생처리를 행하는 화상처리부(30)와, 촬상된 화상 등을 표시하는 ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)(40)와, 메모리 카드(51)에의 판독/기록을 행하는 R/W(리더/라이터)(50)와, 장치 전체를 제어하는 ＣＰＵ(60)와, 유저에 의한 조작 입력을 위한 입력부(70)와, 카메라 블록(10) 내의 렌즈의 구동을 제어하는 렌즈 구동제어부(80)를 구비한다.
카메라 블록(10)은 본 발명이 적용되는 줌렌즈(11)를 포함한 광학계나, ＣＣＤ(Charge Coupled Devices)나 ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등의 촬상소자(12) 등으로 구성된다. 카메라 신호 처리부(20)는, 촬상소자(12)로부터의 출력 신호에 대한 디지털 신호로의 변환이나, 노이즈 제거, 화질 보정, 휘도·색차 신호로의 변환 등의 신호 처리를 행한다. 화상처리부(30)는, 소정의 화상 데이터 포맷에 근거하는 화상신호의 압축 부호화·신장 복호화 처리나, 해상도 등의 데이터 사양의 변환 처리 등을 행한다.
메모리 카드(51)는, 착탈 가능한 반도체메모리로 이루어진다. R/W(50)는 화상처리부(30)에 의해 부호화(coding)된 화상 데이터를 메모리 카드(51)에 기록하고, 또 메모리 카드(51)에 기록된 화상 데이터를 판독한다. ＣＰＵ(60)는 디지털 스틸 카메라 내의 각 회로 블록을 제어하는 제어 처리부이며, 입력부(70)로부터의 지시 입력 신호 등에 의거하여 각 회로 블록을 제어한다. 입력부(70)는, 예를 들면 셔터 조작을 행하기 위한 셔터 릴리스 버튼이나, 동작 모드를 선택하기 위한 선택 스위치 등으로 구성되며, 유저에 의한 조작에 따른 지시 입력 신호를 ＣＰＵ(60)에 대하여 출력한다. 렌즈 구동제어부(80)는, ＣＰＵ(60)로부터의 제어신호에 의거하여 줌렌즈(11) 내의 렌즈를 구동하는 도시하지 않은 모터 등을 제어한다.
이하, 이 디지털 스틸 카메라(100)의 동작을 간단하게 설명한다.
촬상의 대기 상태에서는, ＣＰＵ(60)에 의한 제어 하에, 카메라 블록(10)에서 촬상된 화상신호가, 카메라 신호 처리부(20)를 통해 ＬＣＤ(40)에 출력되어, 카메라 스루 화상으로서 표시된다. 또한 입력부(70)로부터의 주밍을 위한 지시 입력 신호가 입력되면, ＣＰＵ(60)가 렌즈 구동제어부(80)에 제어신호를 출력하고, 렌즈 구동제어부(80)의 제어에 의거하여 줌렌즈(11) 내의 소정의 렌즈가 이동된다. 그리고 입력부(70)로부터의 지시 입력 신호에 의해 카메라 블록(10)의 도시하지 않은 셔터가 눌리면, 촬상된 화상신호가 카메라 신호 처리부(20)로부터 화상처리부(30)에 출력되어서 압축 부호화 처리되어, 소정의 데이터 포맷의 디지털 데이터로 변환된다. 변환된 데이터는 R/W(50)에 출력되고, 메모리 카드(51)에 기록된다.
이 때 포커싱은, 예를 들면 셔터 릴리스 버튼이 절반만 눌린 경우, 혹은 기록을 위해 모두 눌린 경우 등에, ＣＰＵ(60)로부터의 제어신호에 의거하여 렌즈 구동제어부(80)가 줌렌즈(11) 내의 소정의 렌즈를 이동시킴으로써 이루어진다.
또한 메모리 카드(51)에 기록된 화상 데이터를 재생하는 경우에는, 입력부(70)에 의한 조작에 따라, R/W(50)에 의해 메모리 카드(51)로부터 소정의 화상 데이터가 판독되고, 화상처리부(30)에서 신장 복호화 처리된 후, 재생 화상신호가 ＬＣＤ(40)에 출력된다. 이에 따라 재생 화상이 표시된다.
한편, 상기한 실시예에서는, 본 발명 촬상장치를 디지털 스틸 카메라에 적용했을 경우에 관하여 설명했지만, 예를 들면 비디오 카메라 등의 다른 촬상장치 등에 적용하는 것도 가능하다.
또한 전기한 각 실시예에 있어서의 형상이나 구조, 수치는, 모두 본 발명을 실시하기 위한 구체화의 일례를 게시한 것에 지나지 않고, 이것들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌렌즈의 렌즈 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 3 내지 도 7과 함께 제1 실시예에 따른 줌렌즈에 구체적 수치를 적용한 수치실시예 1의 각종 수차를 나타내는 것이며, 본 도면은 광각단 상태에 있어서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를 나타내는 것이다.
도 3은 광각단 상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 4는 중간초점거리단 상태에 있어서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를 나타내는 것이다.
도 5는 중간초점거리 상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 6은 망원단 상태에 있어서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를 나타내는 것이다.
도 7은 망원단 상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌렌즈의 렌즈 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 도 10 내지 도 14와 함께 제2 실시예에 따른 줌렌즈에 구체적 수치를 적용한 수치실시예 2의 각종 수차를 나타내는 것이며, 본 도면은 광각단 상태에 있어서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를 나타내는 것이다.
도 10은 광각단 상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 11은 중간초점거리단 상태에 있어서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡 수차)를 나타내는 것이다.
도 12는 중간초점거리 상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 13은 망원단 상태에 있어서의 종수차(구면수차, 비점수차, 왜곡수차)를 나타내는 것이다.
도 14는 망원단 상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 15는 본 발명 촬상장치를 디지털 스틸 카메라에 적용한 일 실시예를 나타내는 블럭도다.
[부호의 설명]
1…줌렌즈, 2…줌렌즈,
ＧＲ1… 제1 렌즈군, G11…음의 굴절력을 가지는 단렌즈,
P1…광로를 90° 구부리는 반사면을 가지는 프리즘,
G13…양의 굴절력을 가지는 단렌즈, ＧＲ2… 제2 렌즈군,
G21…음의 굴절력을 가지는 렌즈, G22…음의 굴절력을 가지는 렌즈,
G23…양의 굴절력을 가지는 렌즈, G24…음의 굴절력을 가지는 렌즈,
ＧＲ3… 제3 렌즈군, ＳＴＯ…조리개,
ＧＲ4… 제4 렌즈군, ＧＲ5… 제5 렌즈군,
100…디지털 스틸 카메라(촬상장치), 11…줌렌즈,
12…촬상소자

Claims (7)

  1. 적어도, 물체측에서부터 순차적으로, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 광각단에서 망원단으로의 변배시에 상측으로 이동하는 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군을 포함한 복수의 렌즈군을 구비하고, 상기 제1 렌즈군이, 물체측에서부터 순차적으로, 음의 굴절력을 가지는 단렌즈와, 광로를 90° 구부리는 반사면을 가지는 프리즘과, 적어도 1매 이상의 양의 굴절력을 가지는 단렌즈를 배열함으로써 구성되고, 상기 프리즘이 양의 굴절력을 가지는 것과 함께, 상측의 면이 상측에 볼록면을 향하고 있는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군을 구성하는 렌즈 및 프리즘이, 하기의 조건식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈:
    (1) ν1p-ν1n > 15
    단, ν1p : 제1 렌즈군 중의 프리즘과 프리즘의 상측에 배치된 양의 렌즈의 d선(파장=587.6ｎｍ(나노미터))에서의 아베수의 평균값
    ν1n : 제1 렌즈군의 가장 물체측에 배치된 음의 렌즈의 ｄ선에서의 아베수로 한다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군 중의 프리즘이, 적어도 1개의 면에 비구면을 가지는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군은, 조리개를 구비하는 것과 함께, 변배중 조리개의 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈군이, 물체측에서부터 순차적으로, 음의 굴절력을 가지는 렌즈, 음의 굴절력을 가지는 렌즈, 양의 굴절력을 가지는 렌즈, 음의 굴절력을 가지는 렌즈의 4매로 구성되는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  6. 제 1항에 있어서,
    고체촬상소자 위에 상을 형성하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  7. 줌렌즈와, 상기 줌렌즈에 의해 형성된 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 고체촬상소자를 구비한 촬상장치로서,
    상기 줌렌즈는, 적어도, 물체측에서부터 순차적으로, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 광각단에서 망원단으로의 변배시에 상측으로 이동하는 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 변배시에 고정된 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군을 포함한 복수의 렌즈군을 구비하고, 상기 제1 렌즈군이, 물체측에서부터 순차적으로, 음의 굴절력을 가지는 단렌즈와, 광로를 90° 구부리는 반사면을 가지는 프리즘과, 적어도 1매 이상의 양의 굴절력을 가지는 단렌즈를 배열함으로써 구성되고, 상기 프리즘이 양의 굴절력을 가지는 것과 함께, 상측의 면이 상측에 볼록면을 향하고 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
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